Переваги стабілізаторів QUANT у порівнянні з Volter-Еталон

При разработке проекта STU за базу для сравнения взят был аналогичный по
принципу действия стабилизатор «Эталон» от Volter — использующий ВЧ-ШИМ без
накопления энергии, разработанный той же командой разработчиков.
Была поставлена задача выйти на новый уровень качества стабилизации, улучшить
остальные потребительские свойства, упростить производство, улучшить логистику
и упростить инсталяцию у потребителя. Для этого пришлось использовать иные
решения, чем в «Эталоне», благодаря чему требуемый результат был достигнут.
Заимствование прежних решений оказалось невозможным, нужного результата не
получалось.

Основные показатели, которым уделялось внимание:

Увеличенная перегрузочная способность
Расширение диапазона стабилизации (вниз)
Защищенность самого стабилизатора и его нагрузок от выбросов напряжения
в сетях, все более актуальная с каждым годом. Также, устойчивость к
авариям с внезапным приходом напряжения вплоть до 0,4 кВ и выше,
защищая при этом нагрузки. Это было и в «Эталонах», и это усилили.
Качество стабилизации, особенно в очень «слабых» сетях, с большим
внутренним сопротивлением и индуктивностью.
Любые шумы (гудение, свист, «верещание») при работе стабилизатора
Масса и габариты изделия, что важно для логистики, установки и
возможности размещения по месту установки.
Улучшение статистик отказов, особенно важное при увеличении
максимального перегрузочного тока.
Внешняя привлекательность, дизайн, отделка, фурнитура.
Дополнительные сервисы, по накопленным замечаниям от пользователей

Новые технические разработки в QUANT

Что нового было сделано технологически и технически для достижения результатов ? Данный перечень не полный, так как изменилось, собственно, почти все.

1. Для увеличения надежности прибора в сложных условиях эксплуатации
(мощные выбросы напряжения от отключения мощных потребителей или КЗ
или искрения в воздушке) — как и в Эталоне, применен электронный
ограничитель напряжения по входу, который не дает напряжению на входе
подняться выше 500 В, что безопасно для стабилизатора, а стабилизатор
после стабилизирует его до нормы (не более 311В амплитудного напряжения
при выходе 220В). Но для улучшения параметров прибора применен более
мощный низкоиндуктивный резистивный поглотитель энергии собственного
изготовления, при этом безопасно поглощаемая до отключения прибора
энергия возросла примерно с 2 кДж(в Эталоне) до примерно 8 кДж в проекте
QUANT. Это позволяет дольше держать даже появление фазного напряжения
вследствие обрыва нуля и вообще сделать прибор по входу более
толерантным к выбросам, а отключение входного автомата — реальной
редкостью.
Примечание: коммутационные перенапряжения — одна из основных причин
отказов электроники в электросетях, и только стабилизаторы Эталон и
QUANT имеют без-износную защиту от этого вида перенапряжений,
рассчитанную на весь срок службы стабилизатора.
С целью достижения сразу нескольких показателей: уменьшения габаритов и
веса, снижения внутренних наводок и нагрева, бесшумности, увеличенной
перегрузочной способности и простоты изготовления и сборки прибора,
снижения затрат на материалы и т.д — были разработаны и изготовлены
собственные монолитные (порошковые) намоточные изделия (Реакторыфильтры и отдельно фильтровые дроссели). При потерях менее чем у
дросселей-реакторов на базе ферритов, энергоемкость у них повысилась при
той же массе примерно в 7 раз, и появилась возможность увеличить
перегрузочный ток, и полностью запас по перегрузке до насыщения
дросселей-реакторов все же пока не выбирается.
Максимальный ток для QUANT 14 кВт модели в перегрузке — до 120-140 А
пиковый, против 85-90А у Эталона-14.
Сетевые фильтры на железном сердечнике как в Эталоне — более не
применяются, заменены по п.2. Шум резко снижен (некому шуметь), даже при
плохом гармоническом составе напряжения в сети и на токах выше номинала
(на перегрузке).
Однополюсный «Байпас» — меньше контактов в рабочей цепи и габариты.
Конструкция радикально переработана — понятия «шасси» более нет, силовые
модули (радиаторы) образуют цельную конструкцию, и стоят прямо на задней
панели корпуса, изоляция нуля от корпуса прибора усилена и упрощена
одновременно, в том числе и механически. Также, намоточные элементы —
теперь размещены на печатной плате, и стоят в потоке воздуха, улучшено
охлаждение
Для любого мощного ВЧ-ШИМ устройства режим перегрузки — самый опасный.
Потому особое внимание уделено режиму ограничения тока при перегрузке,
чтобы уменьшить нагрузку на элементы при коммутации от максимального
тока до нуля. Чередование тактов, на котором базируется высокий КПД и
надежность, а так же масса и габариты — в Эталоне, однако, не было
реализовано в режиме ограничения тока при перегрузке. Только сейчас в
проекте STU (этот проект) удалось решить эту проблему. Для примера, в
емкостях на DC-BUS, как самых нагруженных при ограничении тока —
выделение тепла теперь снижено не менее чем в 4 раза для наихудшего
случая, а в среднем — порядка 8 раз и более. Дополнительно в схему введена
коррекция для режима ограничения тока, что в принципе, может позволить
считать его почти штатным режимом (при достаточной мощности ключей). То
есть, как минимум — время перегрузки до отключения можно будет увеличить
и сам режим перегрузки после введения коррекции будет бесшумным (без
субгармоник, «верещания»).
Изменен алгоритм основной стабилизации, по напряжению. Улучшена форма
напряжения на выходе при искажениях формы по входу, но самое главное —
улучшена при этом стабильность на самых плохих линиях, с большим
сопротивлением и индуктивностью, что нужно в тех точках, где не справится
ни один другой стабилизатор.
Изменена схема в части основной стабилизации по напряжению, теперь
входной диапазон «вниз» не до 130В под нагрузкой (110В на малых нагрузках),
а до 80В под нагрузкой (кратковременно, по паспорту 90В).
Применены процессоры STM32 большей вычислительной мощности, так что
стало возможным отдать им часть тех функций, что ранее выполнялись
схемой — улучшена надежность и, главное, габариты прибора.
В драйверах, управляющих мощными IGBT применена новая гальваноразвязка
– на двутактных оптронах, лучше защищенная, до скорости примерно
100кВ/мкс. Стало проще и надежнее.
Применены IGBT от Infineon 5gen, что повлияло на компактность QUANT и
улучшило мощностные характеристики и надежность, за счет работы на вдвое
более высокой тактовой частоте.
На входе и выходе прибора подавление помех в сеть и в нагрузку улучшено
примерно на порядок в сравнении с Эталоном, за счет увеличения
фильтрации, более сложных но и более эффективных дополнительных
фильтров.
Размеры корпуса у QUANT (250W*420H*120D mm) до 9кВт по объему почти в 2
раза менее, чем у Эталона (330W*530H*150D mm).
Вес снизился: с 22 кг до примерно 11 кг в 9кВт модели
Резко улучшена реакция на подключение и отключение нагрузки, во всем
диапазоне выходных токов.
Есть возможность переключения 220/230В на выходе самим пользователем.
Есть возможность точной подстройки выхода в пределах ±3% пользователем.
Полностью (с точностью до 20-30 милливольт) устраняется постоянная
составляющая на входе прибора, в пределах ±7В (в редких случаях, когда в
сети больше постоянной составляющей, клиенту предлагается отдельный
модуль блокирования ее от 50В DC на входе до нуля на выходе). В Эталонах
постоянная составляющая уменьшалась примерно раза в 2, полностью он ее
не подавлял.
Максимальная мощность в модельном ряду для одного модуля — 18кВт против
14кВт у Эталонов. «Спаренные» в одном корпусе QUANT не выпускаются из
соображений логистики. Вес прибора мощностью 36 кВт достигал бы 35-37 кг,
что не удобно в переноске одним человеком, потому выгоднее
инсталлировать два прибора по 18 кВт на одну нагрузку, если это необходимо
для такой мощности на одной линии, через согласующий модуль
(поставляется отдельно).